一种水下航行器燃料电池混合推进系统及控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种水下航行器燃料电池混合推进系统及控制方法，该系统包括质子交换膜燃料电池、主DC‑DC升压变换器、辅助DC‑DC升压变换器、锂电池组、水下推进电机及其逆变器；两个DC‑DC升压变换器同向并联组成双DC‑DC升压变换系统接入PEMFC和锂电池组之间，锂电池组输出端直接与水下推进电机的逆变器相连。双DC‑DC升压变换系统根据PEMFC的工作状态进行协同控制，并采用锂电池组荷电状态滞环控制实现PEMFC的工作状态切换；本发明专利技术通过对双DC‑DC升压变换系统的协同控制和锂电池组荷电状态滞环控制，实现燃料电池混合推进系统的高效率工作。

A fuel cell hybrid propulsion system and control method for underwater vehicle

【技术实现步骤摘要】
一种水下航行器燃料电池混合推进系统及控制方法
本专利技术属于水下航行器的动力推进系统领域，涉及一种水下航行器燃料电池混合推进系统及控制方法。
技术介绍
水下航行器是应用最为广泛的海洋探索设备，随着人们对海洋资源探索的不断深入，水下航行器相关技术的研发目前受到了全世界各国的重视。动力推进系统对水下航行器而言十分重要，水下航行器下潜深度、机动灵活性和续航时间等都受到动力推进系统的影响。与采用内燃机推进系统的水下航行器相比，采用燃料电池推进系统的水下机器人具有噪声小、能量转化效率高、更环保等诸多优点。尤其是质子交换膜燃料电池(PEMFC)，在具备高能量密度的同时，其工作温度可控制在60摄氏度以下，便于操作和使用安全，因此是水下航行器推进系统的一种理想能量源。然而，燃料电池的功率输出存在延迟响应，并且功率输出特性偏软，输出电压将随负载功率变化而不稳定。因此，通常将PEMFC与锂电池混合使用，提高燃料电池推进系统的功率输出特性和电压稳定性。PEMFC输出功率受工作温度的影响。在复杂的水下环境下，PEMFC最优输出功率将随水下温度的变化而变本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水下航行器燃料电池混合推进系统，其特征在于，包括质子交换膜燃料电池、主DC-DC升压变换器、辅助DC-DC升压变换器、锂电池组和水下推进电机；/n所述主DC-DC升压变换器和辅助DC-DC升压变换器同向并联后，作为双DC-DC升压变换系统接入质子交换膜燃料电池和锂电池组之间，使质子交换膜燃料电池与水下推进电机的逆变器隔离；/n所述锂电池组输出端直接与水下推进电机的逆变器相连。/n

【技术特征摘要】
1.一种水下航行器燃料电池混合推进系统，其特征在于，包括质子交换膜燃料电池、主DC-DC升压变换器、辅助DC-DC升压变换器、锂电池组和水下推进电机；
所述主DC-DC升压变换器和辅助DC-DC升压变换器同向并联后，作为双DC-DC升压变换系统接入质子交换膜燃料电池和锂电池组之间，使质子交换膜燃料电池与水下推进电机的逆变器隔离；
所述锂电池组输出端直接与水下推进电机的逆变器相连。


2.权利要求1所述的水下航行器燃料电池混合推进系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
双DC-DC升压变换系统的主DC-DC升压变换器和辅助DC-DC升压变换器根据质子交换膜燃料电池的工作状态进行协同控制，并采用锂电池组荷电状态滞环控制实现质子交换膜燃料电池的工作状态切换。


3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述质子交换膜燃料电池最低输出功率对应于辅助DC-DC升压变换器的峰值效率工作点，质子交换膜燃料电池的峰值效率工作点对应于主DC-DC升压变换器峰值效率工作点与辅助DC-DC升压变换器的峰值效率工作点之和。


4.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述质子交换膜燃料电池的工作状态次序随质子交换膜燃料电池输出功率增加依次增加：
在质子交换膜燃料电池启动时，工作状态为State＝0；
在质子交换膜燃料电池以最低输出功率工作模式工作时，工作状态为State＝1；
在质子交换膜燃料电池输出功率大于最低输出功率并且低于主DC-DC升压变换器峰值效率工作功率时，工作状态为State＝2；
在质子交换膜燃料电池的输出功率大于主DC-DC升压变换器峰值效率工作功率且小于质子交换膜燃料电池峰值效率工作功率时，工作状态为State＝3；
质子交换膜燃料电池以峰值效率工作模式工作时，工作状态为State＝4。


5.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述的锂电池组荷电状态滞环控制具体是指：
锂电池组荷电状态的滞环控制区间为[0.8,0.9]，在锂电池组荷电状态高于区间上限值0.9时，强制使质子交...

【专利技术属性】
技术研发人员：王斌，王知雨，王朝晖，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61